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程序計數器

鎖定
程序計數器是用於存放下一條指令所在單元的地址的地方。
當執行一條指令時,首先需要根據PC中存放的指令地址,將指令由內存取到指令寄存器中,此過程稱為“取指令”。與此同時,PC中的地址或自動加1或由轉移指針給出下一條指令的地址。此後經過分析指令,執行指令。完成第一條指令的執行,而後根據PC取出第二條指令的地址,如此循環,執行每一條指令。
中文名
程序計數器
外文名
Program Counter
外語簡稱
PC

目錄

程序計數器簡介

程序計數器是計算機處理器中的寄存器,它包含當前正在執行的指令的地址(位置)。當每個指令被獲取,程序計數器的存儲地址加一。在每個指令被獲取之後,程序計數器指向順序中的下一個指令。當計算機重啓或復位時,程序計數器通常恢復到 [1]  零。
馮 ·諾伊曼計算機體系結構的主要內容之一就是“程序預存儲,計算機自動執行”!處理器要執行的程序(指令序列)都是以二進制代碼序列方式預存儲在計算機的存儲器中,處理器將這些代碼逐條地取到處理器中再譯碼、執行,以完成整個程序的執行。為了保證程序能夠連續地執行下去,CPU必須具有某些手段來確定下一條取指指令的地址。程序計數器(PC )正是起到這種作用,所以通常又稱之為‘指令計數器’。
在程序開始執行前,將程序指令序列的起始地址,即程序的第一條指令所在的內存單元地址送入PC,CPU按照 PC的指示從內存讀取第一條指令(取指)。當執行指令時,CPU自動地修改PC的內容,即每執行一條指令PC增加一個量,這個量等於指令所含的字節數(指令字節數),使 PC總是指向下一條將要取指的指令地址。由於大多數指令都是按順序來執行的,所以修改PC 的過程通常只是簡單的對PC 加“指令字節數”。
當程序轉移時,轉移指令執行的最終結果就是要改變PC的值,此PC值就是轉去的目 標地址。處理器總是按照PC 指向取指、譯碼、執行,以此實現了程序轉移。
ARM 處理器中使用R15 作為PC,它總是指向取指單元,並且ARM 處理器中只有一個PC 寄存器,被各模式共用。R15 有32 位寬度(下述標記為R15[31:0],表示R15 的‘第31位’到‘第0位'),ARM 處理器可以直接尋址4GB的地址空間(2^32 = 4G )。 [2] 

程序計數器特點

為了保證程序(在操作系統中理解為進程)能夠連續地執行下去,處理器必須具有某些手段來確定下一條指令的地址。而程序計數器正是起到這種作用,所以通常又稱為指令計數器。在程序開始執行前,必須將它的起始地址,即程序的第一條指令所在的內存單元地址送入程序計數器,因此程序計數器的內容即是從內存提取的一條指令的地址。當執行指令時,處理器將自動修改PC的內容,即每執行一條指令PC增加一個量,這個量等於指令所含的字節數,以便使其保持的總是將要執行的下一條指令的地址。由於大多數指令都是按順序來執行的,所以修改的過程通常只是簡單的對PC加1。 [3] 
但是,當遇到轉移指令如JMP(跳轉、外語全稱:JUMP)指令時,後繼指令的地址(即PC的內容)必須從指令寄存器中的地址字段取得。在這種情況下,下一條從內存取出的指令將由轉移指令來規定,而不像通常一樣按順序來取得。因此程序計數器的結構應當是具有寄存信息和計數兩種功能的結構。 [3] 
參考資料